李道芬 李克強 陳世榮（中國石油天然氣集團公司工程技術(shù)節(jié)能監(jiān)測中心）

綜合檢漏技術(shù)在塔指小區(qū)燃氣管道上的應用

李道芬 李克強 陳世榮（中國石油天然氣集團公司工程技術(shù)節(jié)能監(jiān)測中心）

如何對燃氣泄漏進行有效的監(jiān)測、快速準確確定漏點位置，對預防和控制泄漏事故至關(guān)重要。現(xiàn)有的泄漏檢測方法大體可分為直接檢測氣漏的直接檢測法和以檢測因泄漏而引起的流量、壓力、聲音等物理參數(shù)發(fā)生變化的間接檢測法。為了提高氣體管道泄漏檢測的準確性和可靠性，應將各種泄漏檢測方法有機結(jié)合，綜合運用先進的設備以及使用虛擬儀器技術(shù)等多種檢漏手段來準確查找漏點。應用綜合檢漏技術(shù)對塔指小區(qū)地面及地下天然氣管網(wǎng)泄漏進行了檢測，效果較好，報警定位誤差小于100 m，準確查找出多處管線漏點，大大提高了泄漏檢測及定位成功率。

燃氣管道 直接檢測法 間接檢測法 綜合檢漏技術(shù) 實例應用

近年來，隨著天然氣工業(yè)的不斷發(fā)展，公眾對安全和環(huán)境的要求越來越高，加之計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)和模糊邏輯、專家系統(tǒng)、粗糙理論等人工智能技術(shù)的發(fā)展與應用，對泄漏檢測要求越來越高，技術(shù)和操作難度也越來越大。雖然國內(nèi)外已研究并提出了多種泄漏檢測與定位方法，但由于天然氣管網(wǎng)一般埋設在野外或人口密集區(qū)，管網(wǎng)壓力范圍大，管材規(guī)格多，加上燃氣管道以及凝水缸、閥門井、調(diào)壓站等附屬設施遍及所有區(qū)域，周圍環(huán)境干擾較大，僅采用單一檢漏方法在實際工程應用中無法滿足實際工況和現(xiàn)場需求，且效果也不理想，使得檢漏方法和檢測手段趨向復雜化、多樣化。

1 管道泄漏的檢測方法

根據(jù)泄漏檢測原理，現(xiàn)有的泄漏檢測方法大體可分為直接檢測氣漏的直接檢測法和以檢測因泄漏而引起的流量、壓力、聲音等物理參數(shù)發(fā)生變化的間接檢測法[1]。

直接檢測法——直接觀察法：由有經(jīng)驗的管道工人或經(jīng)過訓練的動物沿管道行走，通過看、聞、聽或其他方式，直接檢查管道的泄漏情況，其檢測精度依賴于檢測人員的經(jīng)驗或動物的嗅覺。這種檢測方法耗時長、費力、檢測精度不高，一般只能檢測較明顯的泄漏。

直接檢測法——氣體報警檢測法：氣體泄漏擴散至空氣中，利用催化氧化原理產(chǎn)生一種與氣體濃度成正比的信號或采用探測器探測，一旦氣體濃度超過預設的報警限即產(chǎn)生報警。該法不受管道結(jié)構(gòu)限制，可以適用于各種燃氣管網(wǎng)，但只能檢測較大量的泄漏，如可燃氣體檢測法、示蹤氣體檢測法等。

間接檢測法——流量平衡法：這是一種最基本的檢測方法，根據(jù)進出口管道流體的流量差來判斷管道是否發(fā)生泄漏。該法簡單直觀，易于實現(xiàn)，但由于流量測量受流體成分、溫度以及壓力等參數(shù)變化的影響較大，因此測量的準確度較低；同時，該方法需要在管線兩端安裝高精度的流量計，成本較高，也不能實現(xiàn)泄漏位置的定位。

間接檢測法——壓力梯度法：在穩(wěn)定流動的條件下，管道泄漏點將導致管道沿線的壓力梯度分布呈線性變化，通過在泄漏點上游和下游分別設置兩個壓力傳感器測出它們的壓力梯度，計算實際泄漏位置。該方法原理簡單，儀器使用量少。缺點是檢測精度依賴于流量和壓力的測量精度，且實際管道壓力不會完全按線性變化，因而檢測精度一般不高，定位的偏差也較大。對目前復雜的管道,該方法已很少使用。

間接檢測法——負壓波法[2]：當管道某處突然發(fā)生泄漏時，泄漏處將出現(xiàn)瞬態(tài)壓力突降，形成一個負壓波。該負壓波以一定的速度向管道兩端傳播，根據(jù)負壓波傳播到上下游端壓力傳感器的時間差和負壓波的傳播速度確定泄漏點的具體位置。該方法是目前國內(nèi)比較看好的一種檢漏方法，關(guān)鍵是如何精確決定時間差和傳播速度。該法的缺點是只能檢測到大的突發(fā)性的泄漏，而對緩慢增加的泄漏或微小的滲漏反應弱，甚至無效。

間接檢測法——聲波法：管道發(fā)生泄漏時會產(chǎn)生噪聲，泄漏產(chǎn)生的噪音強度及清晰度受到管內(nèi)壓力、泄漏點的孔尺寸及形狀、管道直徑、壁厚，以及材質(zhì)等因素的影響。以聲速通過管道中的介質(zhì)向管道兩端迅速傳播，包含次聲波、聲波、超聲波和負壓波。聲波管道泄漏監(jiān)測儀安裝在管道兩端，監(jiān)測采集泄漏聲信號的大小，通過相關(guān)分析即可對泄漏源進行定位，檢測速度快，成本低。缺點是檢測距離短，由于塑性管道越來越多的被使用，聲波傳輸會受到較大的阻尼，使相關(guān)測漏定位變得更加困難。

間接檢測法——紅外線成像法：當天然氣管道發(fā)生泄漏時，泄漏點周圍土壤的溫度場會發(fā)生變化。通過紅外線遙感攝像裝置可以記錄輸氣管道周圍的地熱輻射效應，再利用光譜分析就可以檢測出泄漏位置。該方法可較精確地定位泄漏點，靈敏度也較高，但不適用埋設較深的管道檢漏。

間接檢測法——漏磁檢測法：它是基于檢測管壁上磁通變化來確定管壁的缺陷(含穿孔、破裂)，從而確定管線泄漏點。當檢測設備在管道內(nèi)部行走時，如果管壁存在缺陷，則回路磁場的磁力線將穿出管壁之外而產(chǎn)生漏磁。傳感器安裝在兩極之間，檢測線圈接受由管壁缺陷造成的漏磁來反映管壁狀況。該方法適用于檢測有一定內(nèi)外壁腐蝕深度的管道，通過對管壁的描述可以用來判斷管道是否發(fā)生泄漏。

間接檢測法——基于模型的方法[3]：建立管道的實時動態(tài)模型，利用模型對管道系統(tǒng)的參數(shù)進行在線估算，將估算結(jié)果按照特定的算法處理進行泄漏故障診斷。該方法首先需要建立管道的模型。由于氣體在管道中的流動狀態(tài)比較復雜，在建模過程中需要考慮溫度、壓力、密度、黏度以及摩擦等諸多因素才可以得到準確的模型?？煞譃闋顟B(tài)估計法、系統(tǒng)辨識法、實時模型法等。

2 綜合檢漏技術(shù)

由于管道在生產(chǎn)、安裝、使用、管理等多方面都有可能發(fā)生泄漏，而我國燃氣管道大多埋于混凝土、瀝青路面、田野、丘陵等多種地表下，管道發(fā)生泄漏時泄漏的氣體往往很難直接擴散到地面上，只會有極其微量的氣體沿地縫、相關(guān)井室等處擴散。單一的泄漏檢測方法很難同時滿足檢測泄漏靈敏度、定位準確度、誤報警率和及時報警等多項要求。為了提高氣體管道泄漏檢測的準確性和可靠性，應將各種泄漏檢測方法有機結(jié)合，綜合運用先進的設備以及使用虛擬儀器技術(shù)等多種檢漏手段來準確查找漏點。

綜合檢漏技術(shù)的集成包括：統(tǒng)計分析確定管道的異常點及定位+直觀判斷明顯漏失點+運用先進的設備查找漏失點+使用虛擬技術(shù)進行精確分析判定。

3 應用實例與分析

3.1 工作區(qū)域的確定

塔指小區(qū)內(nèi)管線較多、走向復雜，水管線、天然氣管線、電纜線、暖氣管線、消防管線、綠化水管線等各種地下管線交錯分布。待檢區(qū)域天然氣管道總長度9 000 m，設計壓力1.6 MPa，實際壓力為0.05 MPa左右，工作溫度為常溫，大部分埋地敷設，土中含鹽堿較重，以沙土為主，埋深約0.5～2 m。

根據(jù)提供的待檢測區(qū)域管網(wǎng)圖、區(qū)域大小、管線長度、管徑大小、管材材質(zhì)等資料，按工作區(qū)域劃分設定“工作塊”。

3.2 統(tǒng)計分析確定管道的異常點及初步定位

根據(jù)提供的管道進出流量與壓力數(shù)據(jù)，使用序貫概率比檢測的方法分析測量值及異常點。在輸入的流量和壓力均值與輸出的流量和壓力均值間會有一定的偏差，大多數(shù)偏差是在可接受范圍內(nèi)，只有一小部分偏差是真正的異常，通過計算標準偏差和零檢驗設置，對偏差的顯著性進行檢驗，來判定是否發(fā)生異常或故障。在判定出現(xiàn)異常或有泄漏情況后，利用最小二乘法進行漏點的初步定位。

3.3 現(xiàn)場直觀判斷

調(diào)查分析待檢“工作塊”道路、小區(qū)周邊環(huán)境、地下燃氣管線位置等情況，輔以管線定位儀、人工檢漏儀或多功能燃氣泄漏檢測儀等手段進行顯著漏失的直觀判斷，確定管線及泄漏預定位置。調(diào)查分析過程中，要仔細觀察燃氣管線周圍的環(huán)境及變化情況，如：管道覆蓋層上有土壤塌陷、滑坡、下沉、人工取土、堆積垃圾或重物，管道上搭建建筑物，管道安全距離內(nèi)因其他工程施工和重型車輛碾壓而損壞管道基礎(chǔ)，在管道中心線兩側(cè)排放腐蝕性物質(zhì)等，這些現(xiàn)象和行為都會加速管網(wǎng)的老化，造成泄漏。采取調(diào)查和人工巡查檢漏方式的結(jié)合，既可摸清地下管線及周邊情況，同時也避免了管道巡檢工作的重復，使微小的泄漏被檢出。

3.4 綜合手段檢測精確查找泄漏點

由于部分管道敷設時間長，竣工資料不全、管網(wǎng)改造變化、環(huán)境干擾等影響，發(fā)現(xiàn)異常點后不能確定是否是真正的漏點。在此情況下，采取多種方法有機結(jié)合優(yōu)化進行綜合檢測診斷，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，提高綜合診斷定位的準確性。為此，在實際工作中，根據(jù)對該區(qū)域工況條件及檢測要求分析，通過對眾多的泄漏檢測方法進行篩選研究，經(jīng)過適當權(quán)衡和取舍，優(yōu)選了如下技術(shù)方案：

（1）采取在異常點上方的地面人工鉆孔，把泄漏的氣體引導到地面，使用氣體檢測儀逐個測量各孔的氣體濃度，確認漏點的位置，必要時開挖進行驗證及修補處理。根據(jù)經(jīng)驗，80%以上漏點的上方探孔所測濃度都會超過5%。對于較高濃度的嚴重漏點(濃度超過5%)，必要時采用量程為0～100%的高濃度可燃氣體檢測儀檢測[4]。一般鉆孔的數(shù)量至少在3個以上，探孔的深度應盡可能接近或超過管道的埋深。

由于小區(qū)內(nèi)土質(zhì)是以沙土為主，根據(jù)土質(zhì)空隙較大，地下天然氣易四處竄漏，非泄漏點附近的鉆孔處天然氣泄漏濃度不穩(wěn)定的特點，確定每個鉆孔處每隔一段時間（大于4 h）需重新測試，以此方式縮小可疑漏點范圍。

（2）氣管線附近存在排污管溝，則管溝中的可燃氣體可能被儀器檢出，應使用便攜式氣相色譜分析儀檢測氣體種類及含量，提高對泄漏點定位的精度，并避免誤判。

（3）用管網(wǎng)泄漏檢測儀配以錐型探頭測量孔內(nèi)天然氣泄漏量，提高對微小的緩慢泄漏量檢測的靈敏度。

（4）根據(jù)管網(wǎng)的工況變化及適應性情況，必要時建立管道動態(tài)模型。利用管道流體的質(zhì)量、動量平衡方程等機理建模，通過涉及狀態(tài)估算器對系統(tǒng)進行估算，依據(jù)估算值與實測值的比較來判定是否發(fā)生泄漏。

通過上述技術(shù)的綜合應用，塔指小區(qū)地面及地下天然氣管網(wǎng)泄漏檢測效果較好，報警定位誤差小于100 m，準確查找多處管線漏點，大大提高了泄漏檢測成功率。

4 結(jié)束語

塔指小區(qū)管線種類較多、走向復雜，應用綜合檢漏技術(shù)進行管線定位及查找泄漏點，具有定位準確、快捷等特點，大大提高檢漏成功率，效果明顯。

實踐證明：雖然燃氣管網(wǎng)檢漏的方法很多，但沒有哪一種單一的檢漏方法適用所有的管道。在現(xiàn)有條件下，按照科學的最佳管道泄漏檢測與定位方法的技術(shù)組合，將多種方法有機結(jié)合形成系統(tǒng)進行綜合檢測診斷，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，提高檢測的準確率是解決檢測氣體管道泄漏最有效辦法。

特定工作區(qū)域選用哪種泄漏檢測方法，需要根據(jù)管道的設計參數(shù)、工況條件、傳輸介質(zhì)的參數(shù)、設備的經(jīng)濟性和數(shù)據(jù)通訊能力等進行綜合選擇確定。

檢漏和定位手段的多學科、多技術(shù)集成已成為發(fā)展的趨勢，特別是傳感器技術(shù)、模式識別技術(shù)、通信技術(shù)、信號處理技術(shù)和模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡、專家系統(tǒng)、粗糙集理論等智能技術(shù)的開發(fā)與應用，促進了泄漏檢測定位的迅速、準確。

[1]蔣穎華.城市燃氣管道檢漏技術(shù)及應用[J].上海煤氣,2009(3)：13.

[2]王效東,黃坤，朱小華,等.油氣管道泄漏檢測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].管道技術(shù)與設備,2008(1)：21.

[3]姚志英，彭光正.氣體管道泄漏檢測技術(shù)探討[J].機床與液壓,2005(11)132-133.

[4]楊立茹.燃氣管道泄漏的原因分析與對策[J].山東煤炭科技,2009(2)：58.

It is very important to monitor gas leakage effectually,and locate the leaking point quickly and accurately，which can prevent and control the gas leakage accident.At present，there are two methods for leakage detection.One is detecting gas leakage directly,which is called direct detection method;another,which is called indirect detection method,is detecting the change of the physical parameters which is caused by gas leakage,such as flow rate,pressure,sound,and so on.In order to improve the accuracy and reliability for leakage detection in gas pipeline,it is necessary to combine all kinds of leakage detection methods reasonably,and locate the leaking point using the advanced equipments and virtual technologies.Integrated comprehensive leakage detecting technolo-gy includes:locating the abnormal point on pipeline through statistic analysis,estimating the obvious leaking point,looking for leaking point using advanced equipments,analyzing and estimating the leaking point accurately using virtual technologies.Comprehensive leakage detecting technology has been used to detect ground and underground natural gas pipe network in Tazhi community,and the result is fine.The location error is less than 100 meters,and many leaking points on pipeline have been found out accurately,which improved the success rate effectually in leakage detection and location.

Application of Leak Detection Technology in Gas Pipeline of Tazhi Area

Li Daofen,Li Keqiang and Chen Shirong

Gas pipeline，Direct detection method，Indirect detection method，Comprehensive leakage detecting technology，Case application

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.02.008

2011-03-22)

李道芬，1987年畢業(yè)于西南石油學院，高級工程師，從事計量節(jié)能技術(shù)研究與管理工作，E-mail：ldfyhzj@163.com，地址：四川省廣漢市川慶鉆探安全環(huán)保質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院計量節(jié)能所，618300。